Java9-day02【Collection、泛型】配套课件与代码

主要内容

  • Collection集合
  • 迭代器
  • 增强for
  • 泛型

教学目标

  • 能够说出集合与数组的区别
  • 能够说出Collection集合的常用功能
  • 能够使用迭代器对集合进行取元素
  • 能够说出集合的使用细节
  • 能够使用集合存储自定义类型
  • 能够使用foreach循环遍历集合
  • 能够使用泛型创建集合对象
  • 能够理解泛型上下限
  • 能够阐述泛型通配符的作用

第一章 Collection集合

1.1 集合概述

在前面基础班我们已经学习过并使用过集合ArrayList ,那么集合到底是什么呢?

  • 集合:集合是java中提供的一种容器,可以用来存储多个数据。

集合和数组既然都是容器,它们有什么区别呢?

  • 集合和数组都是容器,可以存储多个数据
  • 数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
  • 数组中存储的是同一类型的元素,可以存储任意类型数据。集合存储的都是引用数据类型。如果想存储基本类型数据需要存储对应的包装类型。

1.2 集合常用类的继承体系

Collection:单列集合类的根接口,用于存储一系列符合某种规则的元素,它有两个重要的子接口,分别是java.util.List 和 java.util.Set 。其中, List 的特点是元素有序、元素可重复。 Set 的特点是元素不可
重复。 List 接口的主要实现类有 java.util.ArrayList 和 java.util.LinkedList , Set 接口的主要实现类
有 java.util.HashSet 和 java.util.LinkedHashSet 。

从上面的描述可以看出JDK中提供了丰富的集合类库,为了便于初学者进行系统地学习,接下来通过一张图来描述集合常用类的继承体系

Java9-day02【Collection、泛型】配套课件与代码

注意:这张图只是我们常用的集合有这些,不是说就只有这些集合。
集合本身是一个工具,它存放在java.util包中。在 Collection 接口定义着单列集合框架中最最共性的内容。

1.3 Collection 常用功能

Collection是所有单列集合的父接口,因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法,这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下:

  • public boolean add(E e) : 把给定的对象添加到当前集合中 。
  • public boolean contains(Object obj) : 判断当前集合中是否包含给定的对象。
  • public boolean isEmpty() : 判断当前集合是否为空。
  • public int size() : 返回集合中元素的个数。
  • public boolean remove(E e) : 把给定的对象在当前集合中删除。
  • public Object[] toArray() : 把集合中的元素,存储到数组中
  • public void clear() :清空集合中所有的元素。

tips: 有关Collection中的方法可不止上面这些,其他方法可以自行查看API学习。

第二章 Iterator迭代器

2.1 Iterator接口

在程序开发中,经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求,JDK专门提供了一个接口
java.util.Iterator 。

想要遍历Collection集合,那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作,下面介绍一下获取迭代器的方法:

  • public Iterator iterator() : 获取集合对应的迭代器,用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念:

  • 迭代:即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素,如果有,就把这个元素取出来,继续在判断,如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator接口的常用方法如下:

  • public E next() :返回迭代的下一个元素。
  • public boolean hasNext() :如果仍有元素可以迭代,则返回 true。

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素:

public class IteratorDemo {
public static void main(String[] args) {
       // 使用多态方式 创建对象
       Collection coll = new ArrayList();
       // 添加元素到集合
       coll.add("串串星人");
       coll.add("吐槽星人");
       coll.add("汪星人");
       //遍历
       //使用迭代器 遍历   每个集合对象都有自己的迭代器
       Iterator it = coll.iterator();
       // 泛型指的是 迭代出 元素的数据类型
       while(it.hasNext()){ //判断是否有迭代元素
           String s = it.next();//获取迭代出的元素
           System.out.println(s);
      }
   }
}

tips:

  1. 在进行集合元素获取时,如果集合中已经没有元素了,还继续使用迭代器的next方法,将会抛出
    java.util.NoSuchElementException没有集合元素异常。
  2. 在进行集合元素获取时,如果添加或移除集合中的元素 , 将无法继续迭代 , 将会抛出
    ConcurrentModificationException并发修改异常.

2.2 迭代器的实现原理

我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时,首先通过调用t集合的iterator()方法获得迭代器对象,然后使用hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素,如果存在,则调用next()方法将元素取出,否则说明已到达了集合末尾,停止遍历元素。

Iterator迭代器对象在遍历集合时,内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素,为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理,接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程:

Java9-day02【Collection、泛型】配套课件与代码

在调用Iterator的next方法之前,迭代器的索引位于第一个元素之前,不指向任何元素,当第一次调用迭代器的next方法后,迭代器的索引会向后移动一位,指向第一个元素并将该元素返回,当再次调用next方法时,迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回,依此类推,直到hasNext方法返回false,表示到达了集合的末尾,终止对元素的遍历。

2.3 增强for

增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环,专门用来遍历数组和集合的。它的内部原理其实是个Iterator迭代器,所以在遍历的过程中,不能对集合中的元素进行增删操作。

格式:

for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){
//写操作代码
}

它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素,不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

代码演示

public class NBForDemo1 {
   public static void main(String[] args) {
      int[] arr = {3,5,6,87};
      //使用增强for遍历数组
      for(int a : arr){//a代表数组中的每个元素
         System.out.println(a);
      }
 
      Collection coll = new ArrayList();
      coll.add("小河神");
      coll.add("老河神");
      coll.add("神婆");
      for(String s :coll){
         System.out.println(s);
      }
    }
}

tips:

新for循环必须有被遍历的目标,目标只能是Collection或者是数组;

新式for(迭代器)仅仅作为遍历操作出现,不能对集合进行增删元素操作,否则抛出ConcurrentModificationException并发修改异常

第三章 泛型

3.1 泛型概述

在前面学习集合时,我们都知道集合中是可以存放任意对象的,只要把对象存储集合后,那么这时他们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象,并且进行相应的操作,这时必须采用类型转换。
大家观察下面代码:

public class Demo01Generic {
   public static void main(String[] args) {
      Collection coll = new ArrayList();
      coll.add("abc");
      coll.add("itcast");
      coll.add(5);//由于集合没有做任何限定,任何类型都可以给其中存放
      Iterator it = coll.iterator();
      while(it.hasNext()){
         //需要打印每个字符串的长度,就要把迭代出来的对象转成String类型
         String str = (String) it.next();
         System.out.println(str.length());
      }
   }
}

程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException。 为什么会发生类型转换异常呢? 我们来分析下:由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。 怎么来解决这个问题呢?

Collection虽然可以存储各种对象,但实际上通常Collection只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因此在JDK5之后,新增了泛型(Generic)语法,让你在设计API时可以指定类或方法支持泛型,这样我们使用API的时候也变得更为简洁,并得到了编译时期的语法检查。

  • 泛型:可以在类或方法中预支地使用未知的类型。

tips:一般在创建对象时,将未知的类型确定具体的类型。当没有指定泛型时,默认类型为Object类型。

3.2 使用泛型的好处

上一节只是讲解了泛型的引入,那么泛型带来了哪些好处呢?

  • 将运行时期的ClassCastException,转移到了编译时期变成了编译失败。
  • 避免了类型强转的麻烦。

通过我们如下代码体验一下:

/*
泛型的好处:
   1.避免强制类型转换的麻烦
   2.将运行时异常,提前到了编译时期,降低了程序员的工作量
   3.一旦指定泛型,数据类型将被统一
   4.实现代码的模板化,把数据类型当做参数传递
*/

public class Demo2Generic {
public static void main(String[] args) {
       Collection list = new ArrayList();
       list.add("abc");
       list.add("itcast");
       // list.add(5);//当集合明确类型后,存放类型不一致就会编译报错
       // 集合已经明确具体存放的元素类型,那么在使用迭代器的时候,迭代器也同样会知道具体遍历元素类型
       Iterator it = list.iterator();
       while(it.hasNext()){
           String str = it.next();
           //当使用Iterator控制元素类型后,就不需要强转了。获取到的元素直接就是String类
型
           System.out.println(str.length());
      }
}
}

tips:泛型是数据类型的一部分,我们将类名与泛型合并一起看做数据类型。

3.3 泛型的定义与使用

我们在集合中会大量使用到泛型,这里来完整地学习泛型知识。
泛型,用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。

定义和使用含有泛型的类

定义格式:

修饰符 class 类名<代表泛型的变量> { }

泛型在定义的时候不具体,使用的时候才变得具体。在使用的时候确定泛型的具体数据类型。

泛型类的定义:

public class MyClass01 {
   private T t;
   public MyClass01() {
    }
 
    public MyClass01(T t) {
        this.t = t;
    }
 
    public T getT() {
        return t;
    }
 
    public void setT(T t) {
        this.t = t;
    }
}

使用泛型: 即什么时候确定泛型。

在创建对象的时候确定泛型

例如, MyClass01 mc01 = new MyClass01<>();

此时,变量T的值就是String类型,那么我们的类型就可以理解为:

public class MyClass01<String> {
    private String t;
 
    public MyClass01() {
    }
 
    public MyClass01(String t) {
        this.t = t;
    }
 
    public String getT() {
        return t;
    }
 
    public void setT(String t) {
        this.t = t;
    }
}

再例如, MyClass01 mc02 = new MyClass01<>();

此时,变量T的值就是Integer类型,那么我们的类型就可以理解为:

public class MyClass01<Integer> {
    private Integer t;

    public MyClass01() {

    }
 
    public MyClass01(Integer t) {
        this.t = t;
    }
 
    public Integer getT() {
        return t;
    }
 
    public void setT(Integer t) {
        this.t = t;
    }
}

测试代码

public class Demo03Generic {
    public static void main(String[] args) {
        //空参构造创建对象
        MyClass01<String> mc01 = new MyClass01<>();
        //set方法赋值
        mc01.setT("hello");
        //get方法获取值
        String str = mc01.getT();
        System.out.println(str);
        System.out.println("------");
        //满参构造创建对象
        MyClass01<Integer> mc02 = new MyClass01<>();
        //get方法获取值
        Integer i1 = mc02.getT();
        System.out.println(i1);
    }
}

含有泛型的方法

定义格式:

修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数){  }

例如,

public class MyClass02<T> {
    //此方法上的泛型不是方法自己定义的,而是使用的类上的泛型
    public void print(T t) {
        System.out.println(t);
    }
    //泛型方法: 泛型E是在方法上自己定义的
    public <E> void show(E e) {
        System.out.println(e);
    }
}

调用方法时,确定泛型的类型

public class Demo04Generic {
    public static void main(String[] args) {
        MyClass02<String> mc = new MyClass02<>();
        mc.print("Hello");
        //mc01.print(1000);//错误的,参数只能是String类型
 
        //参数是String类型,那么方法show上的泛型E就是String
        mc.show("World");
        //参数是Integer类型,那么方法show上的泛型E就是Integer
        mc.show(1000);
 
        //参数是Teacher类型,那么方法show上的泛型E就是Teacher
        mc.show(new Teacher("zs",28));
 
    }
}

含有泛型的接口

定义格式:

修饰符 interface接口名<代表泛型的变量> {  }

例如,

public interface MyInter<T> {
    //抽象方法
    public abstract void print(T t);
}

使用格式:

1、定义类时确定泛型的类型

例如

public class MyInterImplA implements MyInter<String> {
    @Override
    public void print(String s) {
        System.out.println(s);
    }
}

此时,泛型T的值就是String类型。

测试代码

public class Demo05Generic {
    public static void main(String[] args) {
        MyInterImplA mia = new MyInterImplA();
        mia.print("ha ha");
    }
        
}

2、始终不确定泛型的类型,直到创建对象时,确定泛型的类型

例如

public class MyInterImplB<T> implements MyInter<T> {
    @Override
    public void print(T t) {
        System.out.println(t);
    }
}

测试代码

public class Demo06Generic {
    public static void main(String[] args) {
        MyInterImplB<String> mib = new MyInterImplB<>();
        mib.print("he he");
    }
}

3.4 泛型通配符

当使用泛型类或者接口时,传递的数据中,泛型类型不确定,可以通过通配符表示。但是一旦使用泛型的通配符后,只能使用Object类中的共性方法,集合中元素自身方法无法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候,此时可以使用?,?表示未知通配符。

此时只能接受数据,不能往该集合中存储数据。

举个例子大家理解使用即可:

//"?"用来匹配任意泛型,但是不能用来定义泛型
public class Demo01TongPeiFu {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();
        list1.add("aaa");
        list1.add("bbb");
 
        ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>();
        list2.add(100);
        list2.add(200);
        print(list1);
        print(list2);
    }
    /*
        定义一个方法,完成上面的两个集合的遍历
        方法参数中的?代表可以接收任意类型
     */
    public static void print(ArrayList<?> list) {
        for(Object obj : list) {
            System.out.println(obj);
        }
    }
}

tips:泛型不存在继承关系 Collection list = new ArrayList();这种是错误的。

代码举例:

public class Demo02TongPeiFu {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
        //ArrayList<Object> list2 = new ArrayList<String>();//错误的
        ArrayList<Object> list3 = new ArrayList<Object>();
        ArrayList<Integer> list4 = new ArrayList<Integer>();
        System.out.println("----------");
 
        ArrayList<?> list;
        list = new ArrayList<String>();
        list = new ArrayList<Integer>();
        list = new ArrayList<Teacher>();
 
    }
 
}

通配符高级使用—-受限泛型

之前设置泛型的时候,实际上是可以任意设置的,只要是类就可以设置。但是在JAVA的泛型中可以指定一个泛型的上限和下限。

泛型的上限:

  • 格式: 类型名称<? extends 类 > 对象名称
  • 意义: 只能接收该类型及其子类

泛型的下限:

  • 格式: 类型名称<? super 类 > 对象名称
  • 意义: 只能接收该类型及其父类型

比如:现已知Person类,Worker类,Teacher类,JavaTeacher类,其中Person是Worker的父类,Worker是
Teacher的父类,Teacher类是JavaTeacher类的父类

Person类

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
    //生成空参,满参构造,set和get方法
}

Worker类

public class Worker extends Person {
    @Override
    public String toString() {
        return "Worker{" +
                "name='" + getName() + '\'' +
                ", age=" + getAge() +
                '}';
    }
    //生成空参,满参构造
}

Teacher类

public class Teacher extends Worker {
    @Override
    public String toString() {
        return "Teacher{" +
                "name='" + getName() + '\'' +
                ", age=" + getAge() +
                '}';
    }
    //生成空参,满参构造
}

JavaTeacher类

public class JavaTeacher extends Teacher{
    @Override
    public String toString() {
        return "JavaTeacher{" +
                "name='" + getName() + '\'' +
                ", age=" + getAge() +
                '}';
    }
    //生成空参,满参构造
}

泛型的上限代码演示:

/*
    父类:Person
    子类:Worker
    子类:Teacher
    子类:JavaTeacher
 
    一个类的子类,有很多,如何表示一个父类的所有子类呢?
 
    泛型上限:
    ? extends Person: Person类型或者Person类型的子类型
 
    ? extends E: E类型或者E类型的子类型
 
 
 */
public class Demo01TongPeiFu {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Person> list1 = new ArrayList<>();
        list1.add(new Person("zs",18));
        list1.add(new Person("ls",28));
        list1.add(new Person("ww",38));
 
        ArrayList<Worker> list2 = new ArrayList<>();
        list2.add(new Worker("zs01",18));
        list2.add(new Worker("ls01",28));
        list2.add(new Worker("ww01",38));
 
        ArrayList<Teacher> list3 = new ArrayList<>();
        list3.add(new Teacher("zs02",18));
        list3.add(new Teacher("ls02",28));
        list3.add(new Teacher("ww02",38));
 
        ArrayList<String> list4 = new ArrayList<>();
        list4.add("aaa");
        list4.add("bbb");
 
        ArrayList<Integer> list5 = new ArrayList<>();
        list5.add(100);
        list5.add(200);
 
        print(list1);
        print(list2);
        print(list3);
        //print(list4);//错误,list4的泛型是String,不是Person的子类型
        //print(list5);//错误,list5的泛型是Integer,不是Person的子类型
 
    }
    /*
        定义方法,完成以上集合的遍历
        只能遍历存储Person,Worker,Teacher类型数据的ArrayList集合
        ? extends Person: Person类型或者Person类型的子类型
     */
    public static void print(ArrayList<? extends Person> list) {
        for (Object obj : list) {
            System.out.println(obj);
        }
    }
}

泛型的下限代码演示:

/*
 
    子类:JavaTeacher
    父类:Teacher
    父类:Worker
    父类:Person
    //...
    父类:Object
    一个类的父类,有很多,如何表示一个子类的所有父类呢?
 
    泛型下限:
    ? super Teacher: Teacher类型或者Teacher类型的父类型
 
    ? super E: E类型或者E类型的父类型
 
 
 */
public class Demo02TongPeiFu {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Person> list1 = new ArrayList<>();
        list1.add(new Person("zs",18));
        list1.add(new Person("ls",28));
        list1.add(new Person("ww",38));
 
        ArrayList<Worker> list2 = new ArrayList<>();
        list2.add(new Worker("zs01",18));
        list2.add(new Worker("ls01",28));
        list2.add(new Worker("ww01",38));
        ArrayList<Teacher> list3 = new ArrayList<>();
        list3.add(new Teacher("zs02",18));
        list3.add(new Teacher("ls02",28));
        list3.add(new Teacher("ww02",38));
 
        ArrayList<String> list4 = new ArrayList<>();
        list4.add("aaa");
        list4.add("bbb");
 
        ArrayList<Integer> list5 = new ArrayList<>();
        list5.add(100);
        list5.add(200);
 
        print(list1);
        print(list2);
        print(list3);
        //print(list4);//错误,list4的泛型是String,不是Teacher的父类型
        //print(list5);//错误,list5的泛型是Integer,不是Teacher的父类型
 
    }
    /*
        定义方法,完成以上集合的遍历
        只能遍历存储Person,Worker,Teacher类型数据的ArrayList集合
        ? super Teacher: Teacher类型或者Teacher类型的父类型
     */
    public static void print(ArrayList<? super Teacher> list) {
        for (Object obj : list) {
            System.out.println(obj);
        }
    }
}

第四章 集合综合案例

4.1 案例介绍

按照斗地主的规则,完成洗牌发牌的动作。 具体规则:

使用54张牌打乱顺序,三个玩家参与游戏,三人交替摸牌,每人17张牌,最后三张留作底牌。

4.2 案例分析

  • 准备牌

牌可以设计为一个ArrayList,每个字符串为一张牌。 每张牌由花色数字两部分组成,我们可以使用花色
集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。 牌由Collections类的shuffle方法进行随机排序。

  • 发牌

将每个人以及底牌设计为ArrayList,将最后3张牌直接存放于底牌,剩余牌通过对3取模依次发牌。

  • 看牌

直接打印每个集合。

4.3 代码实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
 
public class Poker {
    public static void main(String[] args) {
        /*
        * 1: 准备牌操作
        */
        //1.1 创建牌盒 将来存储牌面的 
        ArrayList<String> pokerBox = new ArrayList<String>();
        //1.2 创建花色集合
        ArrayList<String> colors = new ArrayList<String>();
 
        //1.3 创建数字集合
        ArrayList<String> numbers = new ArrayList<String>();
 
        //1.4 分别给花色 以及 数字集合添加元素
        colors.add("♥");
        colors.add("♦");
        colors.add("♠");
        colors.add("♣");
 
        for(int i = 2;i<=10;i++){
            numbers.add(i+"");
        }
        numbers.add("J");
        numbers.add("Q");
        numbers.add("K");
        numbers.add("A");
        //1.5 创造牌  拼接牌操作
        // 拿出每一个花色  然后跟每一个数字 进行结合  存储到牌盒中
        for (String color : colors) {
            //color每一个花色 guilian
            //遍历数字集合
            for(String number : numbers){
                //结合
                String card = color+number;
                //存储到牌盒中
                pokerBox.add(card);
            }
        }
        //1.6大王小王
        pokerBox.add("小☺");
        pokerBox.add("大☠");   
        // System.out.println(pokerBox);
        //洗牌 是不是就是将  牌盒中 牌的索引打乱 
        // Collections类  工具类  都是 静态方法
        // shuffer方法   
        /*
         * static void shuffle(List<?> list) 
         *     使用默认随机源对指定列表进行置换。 
         */
        //2:洗牌
        Collections.shuffle(pokerBox);
        //3 发牌
        //3.1 创建 三个 玩家集合  创建一个底牌集合
        ArrayList<String> player1 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player2 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player3 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> dipai = new ArrayList<String>();    
 
        //遍历 牌盒  必须知道索引   
        for(int i = 0;i<pokerBox.size();i++){
            //获取 牌面
            String card = pokerBox.get(i);
            //留出三张底牌 存到 底牌集合中
            if(i>=51){//存到底牌集合中
                dipai.add(card);
            } else {
                //玩家1   %3  ==0
                if(i%3==0){
                    player1.add(card);
                }else if(i%3==1){//玩家2
                    player2.add(card);
                }else{//玩家3
                    player3.add(card);
                }
            }
        }
        //看看
        System.out.println("令狐冲:"+player1);
        System.out.println("田伯光:"+player2);
        System.out.println("绿竹翁:"+player3);
        System.out.println("底牌:"+dipai);  
    }
}

索引: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 扑克: ♥A ♥3 ♥6 ♣5 ♣A ♠J ♦J ♣4 ♦2 ♣7 ♠3 ♦10 ♠4 ♥Q ♣10 ♥8

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